JPH10325529A - 溶融炉のスラグ粒径調整方法及び該方法を用いる溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融スラグの温度及び流下量を制御すること
により、所定粒径のスラグを得る。 【解決手段】 熱分解ガスＧ１と混合するように燃焼用
空気Ｆと燃焼性粉体ｄ，ｅとを噴出して燃焼するステッ
プ１０１と、二次空気及び三次空気による高温燃焼下で
燃焼性粉体ｄ，ｅの燃焼により生じた燃焼灰を溶融して
溶融スラグｒを生成するステップ１０２と、溶融スラグ
ｒの温度を輝度等により測定し所定温度に保持するステ
ップ１０４と、溶融スラグｒを底部に設けた排出口３７
より水槽３８の貯水ｗ等に流下して流下量を測定するス
テップ１０５と、所定の流下量がＹＥＳの際に溶融スラ
グｒを冷却固化して所定粒径のスラグｓを得るステップ
１０７とよりなり、所定の流下量がＮＯの際に熱分解カ
ーボンｄ、ダストｅ又は他の焼却炉で発生した灰の供給
量を制御するステップ１０８を経てステップ１０６の前
へ戻る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炉に係り、特
に廃棄物（家庭やオフィス等から出される都市ゴミ等の
一般廃棄物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダス
ト、廃オフィス機器、電子機器、化粧品等の産業廃棄物
等、可燃物を含むもの）の熱分解ガス及び熱分解カーボ
ン等の燃焼性粉体を燃焼し、生成された溶融スラグをス
ラグに冷却固化する溶融炉のスラグ粒径調整方法及び該
方法を用いる溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より都市ごみ等の一般廃棄物や廃プ
ラスチック等の可燃物を含む産業廃棄物の処理装置の一
つとして、廃棄物を熱分解反応器（熱分解ドラム）に入
れて低酸素雰囲気で加熱して熱分解し、乾留ガスと、主
として不揮発性成分よりなる熱分解残留物とを生成し、
さらにこの熱分解残留物を冷却した後に分離装置に導
き、この分離装置で燃焼性成分と、例えば金属や陶器、
砂利及びコンクリート片等のがれきよりなる不燃焼性成
分とに分離し、燃焼性成分を粉砕しこの粉砕された燃焼
性成分（燃焼性粉体）と乾留ガスとを溶融炉に導き、こ
の溶融炉で燃焼させて生じた燃焼灰を溶融して溶融スラ
グとなし、この溶融スラグをスラグに冷却固化して排出
する廃棄物処理装置が知られている（例えば、特公平６
−５６２５３号公報参照）。

【０００３】そして従来の溶融炉は、図５に示すよう
に、熱分解ガスＧ１を導入する熱分解ガスノズル３１
と、熱分解ガスノズル３１に挿着され熱分解ガスＧ１と
混合するように燃焼用空気Ｆを噴出する上流側の一次空
気ノズル３２とよりなる燃焼ノズル１１と、下流側の炉
壁の外周に配設された一つ以上の一次空気ノズル３４ａ
と、一次空気ノズル３４ａの間に設けられた点火バーナ
３５と、燃焼で発生した排ガスより集塵されたダストｅ
又は熱分解ガスＧ１とともに発生した熱分解カーボンｄ
等の燃焼性粉体を噴出する粉体ノズル３６と、さらに図
２に示す後流側に設けられた二次空気ノズル３４ｂ及び
三次空気ノズル３４ｃと、その後流側に内装され複数の
伝熱管１を介して高温排ガス２０により高温空気を加熱
する高温空気加熱器１０と、燃焼性粉体の燃焼により生
じた燃焼灰を溶融し生成された溶融スラグｒを排出口３
７より流下してスラグｓに冷却固化する水槽３８とを備
えている。

【０００４】しかしこのスラグの性状と粒径に応じてス
ラグの有効利用を図ろうとしても、スラグ粒径の調整方
法が明らかでなかったため、スラグ粒径を調整すること
ができず、高付加価値を有する加工材料に利用すること
ができなかった。また熱分解ガスノズルのほぼ軸心に空
気ノズルが挿着され、一次空気ノズル、とは別個に粉体
ノズルが挿着されているため、燃焼用空気とカーボン等
の燃焼性粉体とが別々に炉内に供給され、１ｍｍ以下に
微粉砕された燃焼性粉体が素通りして燃焼が不十分とな
る、又は溶融スラグのスラグ排出が円滑を欠く恐れがあ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、スラグ粒径の
調整方法も明らかでなかったため、スラグ粒径を調整す
ることができず、高付加価値を有する加工材料に利用す
ることができなかった。また燃焼用空気と、燃焼性粉体
とをよく混合するように噴出させて、カーボン等の燃焼
性粉体を素通りさせないように燃焼しかつ溶融スラグの
排出を効率よく行うことに考慮が不十分であった。

【０００６】本発明の課題は、溶融スラグの温度及び流
下量を制御することにより、所定粒径のスラグを得る溶
融炉のスラグ粒径調整方法及び該方法を用いる溶融炉を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明に係る溶融炉のスラグ粒径調整方法は、熱分
解ガスと混合するように燃焼用空気と燃焼性粉体とを噴
出して燃焼し、燃焼により生じた燃焼灰を溶融して溶融
スラグを生成し、溶融スラグを所定温度に保持するとと
もに流下量を制御し、冷却固化したスラグの粒径を調整
する構成とする。

【０００８】そして燃焼性粉体は、熱分解ガスとともに
発生した熱分解カーボンと、燃焼で発生した排ガスより
集塵したダストとよりなり、溶融スラグの流下量は、熱
分解カーボン、ダスト又は他の焼却炉で発生した灰のう
ちの少なくとも一つの供給量により制御される構成でも
よい。

【０００９】また溶融炉においては、前記いずれか一つ
の溶融炉のスラグ粒径調整方法を用い、熱分解ガスノズ
ルに挿着され熱分解ガスと混合するように燃焼用空気を
噴出する空気ノズルと、その下流側に設けた少なくとも
一つの空気ノズルと、それぞれの空気ノズルの間に設け
た点火バーナとを備え、それぞれの空気ノズルは、燃焼
用空気に燃焼性粉体を同伴させて炉内壁に沿い旋回する
ように噴出するものであり、炉内壁に沿い流下した溶融
スラグの温度測定手段と、溶融スラグの流下量測定手段
とを具備した構成とする。

【００１０】本発明によれば、溶融スラグが所定温度に
保持され、かつ流下量すなわち熱分解カーボンの供給量
又は／及びダストの供給量が制御されるため、所定粒径
に調整されたスラグが得られる。また各空気ノズルより
燃焼性粉体が燃焼用空気と同伴して炉内壁に沿って旋回
するように噴出されるため、燃焼性粉体が補足されて完
全に燃焼しかつ燃焼灰や融けたカーボン等がサイクロン
効果により炉内壁に沿って流下される。さらに下流側の
各空気ノズルより二次空気及び三次空気が燃焼性粉体を
同伴させて噴出されることにより高温度の燃焼状態が維
持される。そしてまた溶融スラグを所定温度に保持し、
かつ所定流下量に制御するように温度測定手段と流下量
測定手段とが具備される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１及び図
２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すよう
に、熱分解ガスＧ１と混合するように燃焼用空気Ｆと燃
焼性粉体ｄ，ｅとを噴出して燃焼するステップ１０１
と、二次空気及び三次空気による高温燃焼下で燃焼性粉
体ｄ，ｅの燃焼により生じた燃焼灰を溶融して溶融スラ
グｒを生成するステップ１０２と、溶融スラグｒを炉内
壁３０ａに沿って流下させるステップ１０３と、溶融ス
ラグｒの温度を輝度等により測定し例えば熱分解ガスＧ
１量又は燃焼用空気Ｆ量を調整して温度を約１３００℃
の所定温度に保持するステップ１０４と、溶融スラグｒ
を底部に設けた排出口３７より水槽３８の貯水ｗ等に流
下して流下量を測定するステップ１０５と、所定の流下
量か否かを判定するステップ１０６と、所定の流下量が
ＹＥＳの際に溶融スラグｒを冷却固化して所定粒径のス
ラグｓを得るステップ１０７とよりなり、所定の流下量
がＮＯの際に熱分解とともに発生した熱分解カーボン
ｄ、燃焼で発生した排ガスより集塵されたダストｅ又は
他の焼却炉で発生した灰のうちの少なくとも一つの供給
量を制御するステップ１０８を経てステップ１０６の前
へ戻る構成である。

【００１２】本発明の実施の形態として図２〜図４に示
すように、溶融炉３０内に廃棄物の熱分解ガスＧ１を導
入する熱分解ガスノズル３１と、熱分解ガスノズル３１
のほぼ軸心に挿着されノズル上部及びノズル周辺より流
入した燃焼用空気（一次空気）Ｆを熱分解ガスＧ１と混
合しながらほぼ炉軸心に噴出する上流側の空気ノズル３
２とよりなる燃焼ノズル１１と、熱分解ガスノズル３１
より所定寸法離間して溶融炉３０の外周上に配設された
一つ以上の一次空気ノズル３４ａ、二次空気ノズル３４
ｂ及び三次空気ノズル３４ｃと、各一次空気ノズル３４
ａの間に設けられた点火バーナ３５とを備え、各空気ノ
ズル３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、燃焼用空気Ｆに熱分解
カーボンｄ又はダストｅよりなる燃焼性粉体を同伴させ
かつその混合体を炉内壁３０ａに沿って旋回するように
噴出させるものであり、炉内壁３０ａに沿い流下した溶
融スラグの温度測定手段４５と、溶融スラグの流下量測
定手段４６とを具備した構成である。

【００１３】熱分解ガスＧ１は、熱分解ドラムで廃棄物
の熱分解により生成されて約４５０℃の温度を有すると
ともに所定流速で供給され、燃焼用空気Ｆが空気ノズル
３２より供給される。そして空気ノズル３２内の燃焼用
空気Ｆは、旋回するように噴出されることにより熱分解
ガスＧ１とよく混合し、切頭円錐状のヘッダー３０ｂの
ほぼ軸心に噴出され、旋回流ｊを形成する。一方、本実
施の形態ではヘッダー３０ｂの円周方向に一次空気ノズ
ル３４ａが６本配設され、各一次空気ノズル３４ａは、
下流へ向けて傾斜角α１を有し、かつ円周方向へ向けて
軸心を中心とする基礎円に接するように傾斜角β１を有
している。そして熱分解カーボン配管４０又はダスト送
給管４０の先端が、例えば各一次空気ノズル３４ａへ接
続する空気配管４１の外周に向けて所定の角度で接する
ように連結され、燃焼性粉体ｄ，ｅを燃焼用空気に乗せ
て同伴し炉内壁３０ａに沿って旋回しやすい構造になっ
ている。また同様の空気ノズル３４ｂ，３４ｃが後流側
に所定の間隔で配列されている。

【００１４】なおダストｅは、溶融炉３０で発生した排
ガスに含まれていて集塵装置で除塵により捕捉される
か、又は他の焼却炉で発生した灰であって、このダスト
ｅが搬送されて送給されるとともに燃焼用空気Ｆに同伴
されて溶融炉３０内に噴出されるものである。そして溶
融スラグの温度測定手段４５は、例えば輝度温度計等で
あり、また流下量測定手段４６は、例えばオリフィスを
なす排出口３７の流量係数を予め求めて置き、圧力差を
測定しかつ流下量を演算するものである。

【００１５】次に本発明の動作を説明する。各一次空気
ノズル３４ａより噴出された一次空気Ｆは、廃棄物の熱
分解により形成され１ｍｍ以下に微粉砕されたダストｅ
及び熱分解カーボンｄ等の燃焼性粉体を同伴し、炉内壁
３０ａに沿って旋回するように噴出される。点火バーナ
３５により点火されると、一次空気Ｆを中心にして周囲
に燃焼範囲が広がって保炎ｊが形成され、燃焼灰や融け
た熱分解カーボン等がサイクロン効果によって炉内壁３
０ａに沿って流下される。さらに下流側で二次空気ノズ
ル３４ｂ及び三次空気ノズル３４ｃより燃焼性粉体ｄ，
ｅを同伴した二次空気及び三次空気Ｆが噴出されること
により高温度の燃焼状態となる。

【００１６】高温度の燃焼状態で生成された溶融スラグ
は、炉内壁３０ａに沿って流下し、温度測定手段４５で
温度測定される。そして所定温度以下ではスラグの粒径
が異なるため、約１３００℃以上の所定温度に保持され
る。また流下量測定手段４６で流下量が測定され、熱分
解カーボンｄ又はダストｅの供給量が少ないとスラグ粒
径が異なるため、これらの供給量を制御することにより
所定流下量に制御され、スラグ粒径が調整される。例え
ば制御装置を設け、溶融スラグが所定温度以下では熱分
解ガス又は燃焼用空気の供給量を制御弁により増加し、
所定温度に保持した状態で溶融スラグが所定流下量以下
の場合は、燃焼性粉体の供給量を増加するようにしても
よく、所定温度及び所定流下量とスラグ粒径との関係は
スラグの性状に応じて制御装置に記憶するようにしても
よい。なおスラグ粒径の調整は、これらの手段に限られ
ることはない。

【００１７】図６は、本発明に係るスラグ粒径調整方法
を用いる燃焼溶融炉を採用した廃棄物処理装置の一実施
の形態を示す系統図である。本実施の形態の廃棄物処理
装置において、都市ごみ等の廃棄物ａは、例えば二軸剪
断式等の破砕機で、１５０ｍｍ角以下に破砕され、コン
ベア等により投入部５０内に投入される。投入部５０に
投入された廃棄物ａはスクリューフィーダ５１を経て熱
分解反応器５２内に供給される。熱分解反応器５２のド
ラム本体部分は回転する。廃棄物ａは熱分解反応器５２
内で、燃焼炉、例えば熱分解残留物等を燃焼させ溶融さ
せる燃焼溶融炉５３の後流側に配置された熱交換器であ
る高温空気加熱器５４により加熱され加熱空気ラインＬ
₁を介して供給される加熱空気ｇ（熱媒体）により３０
０〜６００℃に、通常は４５０℃程度に加熱される。

【００１８】更に、加熱空気ｇにより加熱された廃棄物
ａは、熱分解して熱分解ガスＧ₁と、主として不揮発性
成分からなる熱分解残留物ｂとになり、排出装置５５に
送られて分離される。排出装置５５で分離された熱分解
ガスＧ₁は、排出装置５５の上部から熱分解ガスライン
Ｌ₂を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給される。
排出装置５５から排出された熱分解残留物ｂは、４５０
℃程度の比較的高温であるため、冷却装置５７により８
０℃程度に冷却され、例えば磁選式、うず電流式、遠心
式又は風力選別式等の公知の単独又は組み合わされた分
離装置５８に供給され、ここで細粒の燃焼性成分ｃ（灰
分を含む）と粗粒の不燃焼性成分ｄとに分離され、不燃
焼性成分ｄはコンテナ５９に回収され再利用される。

【００１９】更に、燃焼性成分ｃは、粉砕機６０によ
り、例えば１ｍｍ以下に微粉砕され、燃焼性成分ライン
Ｌ₃を経て燃焼溶融炉５３のバーナ５６に供給され、熱
分解ガスラインＬ₂から供給された熱分解ガスＧ₁と送風
機６１により燃焼用空気ラインＬ₄から供給された燃焼
用空気ｅと共に１,３００℃程度の高温域で燃焼され、
このとき発生した灰分はその燃焼熱により溶融スラグｆ
となって、この燃焼溶融炉５３の内壁に付着し、更に、
内壁を流下し底部排出口６２から水槽６３に落下し冷却
固化される。この際、スラグの粒径が所望の大きさに調
整される。

【００２０】燃焼溶融炉５３で生じた高温排ガスＧ
₂は、図１及び図２に示した上記本発明に係る高温空気
加熱器５４を経て煙道ガスラインＬ₅を介して廃熱ボイ
ラ６４で熱回収され、集塵器６５で除塵され、更に排ガ
ス浄化装置６６で有害成分が除去された後、低温のクリ
ーンな排ガスＧ₃となって誘引送風機６７を介して煙突
６８から大気へ放出される。廃熱ボイラ６４で生成した
蒸気は、蒸気タービンを有する発電機６９で発電に利用
される。クリーンな排ガスＧ₃の一部はファン７０を介
して冷却ガスラインＬ₆により冷却装置５７に供給され
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、溶融スラグを所定温度
に保持し、かつ所定流下量に制御するため、冷却固化さ
れたスラグの粉径が調整され、高付加価値を有する加工
材料に利用可能となる。また燃焼用空気に燃焼性粉体を
同伴させて炉内壁に沿い旋回するように噴出するため、
溶融スラグが炉内壁に沿って流下し溶融スラグの排出効
率が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。

【図３】図２の燃焼バーナを示す断面図である。

【図４】図３の平面図である。

【図５】従来の技術を示す図である。

【図６】本発明に係るスラグ粒径調整方法を用いる燃焼
溶融炉を採用した廃棄物処理装置の一実施の形態を示す
系統図である。

【符号の説明】

１ 伝熱管 １０ 高温空気加熱器 １１ 燃焼バーナ ２０ 高温排ガス ２１ 高温空気 ３０ 溶融炉 ３１ 熱分解ガスノズル ３２ 空気ノズル ３４ 空気ノズル ３７ 排出口 ３８ 水槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱分解ガスと混合するように燃焼用空気
   と燃焼性粉体とを噴出して燃焼し、該燃焼により生じた
   燃焼灰を溶融して溶融スラグを生成し、該溶融スラグを
   所定温度に保持するとともに流下量を制御し、冷却固化
   したスラグの粒径を調整することを特徴とする溶融炉の
   スラグ粒径調整方法。
2. 【請求項２】 燃焼性粉体は、熱分解ガスとともに発生
   した熱分解カーボンと、燃焼で発生した排ガスより集塵
   したダストとよりなり、溶融スラグの流下量は、前記熱
   分解カーボン、前記ダスト又は他の焼却炉で発生した灰
   のうちの少なくとも一つの供給量により制御されること
   を特徴とする請求項１記載の溶融炉のスラグ粒径調整方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の溶融炉のスラグ粒
   径調整方法を用い、熱分解ガスノズルに挿着され熱分解
   ガスと混合するように燃焼用空気を噴出する空気ノズル
   と、その下流側に設けた少なくとも一つの空気ノズル
   と、それぞれの空気ノズルの間に設けた点火バーナとを
   備え、それぞれの空気ノズルは、燃焼用空気に燃焼性粉
   体を同伴させて炉内壁に沿い旋回するように噴出するも
   のであり、前記炉内壁に沿い流下した溶融スラグの温度
   測定手段と、該溶融スラグの流下量測定手段とを具備し
   たことを特徴とする溶融炉。